钻井油气层保护技术.ppt

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1、钻井油气层保护技术,前 言,随着油田勘探和开发的不断深入，油气藏的类型不断深入，勘探和开发难度越来越大，对钻井完井技术，特别是保护油气层技术的要求越来越高。因此，对保护油气层技术的研究越来越受到人们的重视，保护油气层的钻井完井技术也日益发展起来。在钻井过程中，钻井液、完井液是油气层打开时首先接触油气层的工作液，易对油气层造成损害。油气层一旦受到损害，欲恢复到原有的水平是相当困难的，费用也是相当昂贵的。因此，保护油气层的基本方针以预防为主。钻井过程中防止油气层损害是保护油气层系统工程的第一环节，其目的是交给试油或采油部门一口无损害或低损害的、固井质量优质的油气井。油气层损害具有累加性，钻井中对油

2、气层的损害不仅影响油气层发现和油气井的初期产量，还会对今后各项作业损害油气层的程度以及作用效果带来影响。因此搞好钻井过程中的油气层保护工作，对提高勘探、开发经济效益至关重要。,主要内容,钻井过程中造成油气层损害原因分析钻井过程中影响油气层损害程度的工程因素保护油气层的钻井液技术保护油气层的钻井工艺技术现场钻井液性能的测试,一、钻井过程中造成油气层损害原因分析,在钻井过程中，大多数情况是采用正压差钻井，既钻井液液柱压力高于地层孔隙压力。这样，在钻开油气层时，在正压差的作用下，钻井液的固相进入油气层造成孔喉堵塞，其液相进入油气层与油气的岩石和流体作用，破坏油气层原有的平衡，从而诱发油气层潜在损害因

3、素，造成渗透率下降。钻井过程中油气层损害原因可以归纳为以下五个方面。,简介,一、钻井过程中造成油气层损害原因分析,钻井液中固相颗粒堵塞地层钻井液滤液与油气层岩石不配伍引起的损害水敏和盐敏损害碱敏损害润湿反转表面吸附钻井液滤液与油气层流体不配伍引起的损害无机盐沉淀形成处理剂不溶物发生水锁损害形成乳化堵塞细菌堵塞 油相渗透率变化引起的损害负压差急剧变化造成油气损害,1、钻井液中固相颗粒堵塞油气层,钻井液中存在多种固相颗粒，如膨润土、加重剂、暂堵剂、钻屑和处理剂的不溶物等。钻井液中小于油气层孔喉直径或裂缝宽度的固相颗粒，在压差作用下，进入油气层孔喉和裂缝中形成堵塞，造成油气层损害。损害的严重积蓄随钻

4、井液中固相含量的增加而加剧，特别是分散得十分细的膨润土的含量影响最大。其损害程度还与固相颗粒尺寸大小和级配有关。固相颗粒侵入油气层的深度随着正压差的增大而加深，造成渗透率损害的程度也越大。,2、钻井液滤液与油气层岩石不配伍引起的损害,油气层中粘土矿物在原始的地层条件下处在一定的矿化度环境中，当淡水进入地层时，某些粘土矿物就会发生膨胀、分散、运移，从而减少或堵塞地层孔隙和喉道，造成渗透率的降低。油气层的这种遇淡水后渗透率降低的现象称为水敏。当低矿化度的盐水进入地层时，如果低于某一下限临界矿化度，也能引起储层中某些粘土矿物的膨胀、分散和运移；当高于某一上限临界矿化度的工作液进入油气层后，可能引起储

5、层粘土的收缩、失稳、脱落，这些都将导致油气层孔隙和喉道的缩小及堵塞，造成渗透率下降，这种现象即为盐敏。,水敏和盐敏损害,2、钻井液滤液与油气层岩石不配伍引起的损害,从上面的定义可以看出水敏损害实际上就是低于某一下限临界矿化度的极限盐敏损害，因此我们把低于地层水矿化度的工作液滤液引起的渗透率损害统称为水敏损害。高于地层水矿化度的工作液滤液引起的渗透率损害统称为盐敏损害。当低矿化度抑制性钻井液进入油气层时，就可能引起水敏损害；当高矿化度的钻井液滤液进入油气层时，可能引起盐敏损害。这要根据地层的上限临界矿化度和下限临界矿化度而定。,水敏和盐敏损害,2、钻井液滤液与油气层岩石不配伍引起的损害,地层水P

6、H值一般呈中性或弱碱性，当高PH值流体进入油气层后，将造成油气层中粘土矿物和硅质胶结的结构破坏（主要是粘土矿物解理和胶结物溶解后释放微粒）。此外，大量的氢氧根与某些二价阳离子结合会生成不溶物，从而造成油气层的堵塞损害。当外来流体的PH值高于某一临界PH值时，储层的渗透率就会明显下降。而大多数钻井液的PH在8-12之间，高PH值的钻井液滤液进入碱性储层，就可能发生碱敏损害。,碱敏损害,2、钻井液滤液与油气层石不配伍引起的损害,当钻井液滤液含有亲油表面活性剂时，这些表面活性剂就有可能被亲水岩石表面吸附，引起油气层孔喉表面润湿性发生改变，造成油气层油相渗透率降低。钻井液滤液中所含的部分处理剂可能被油

7、气层孔隙或裂缝表面所吸附，使孔喉或孔隙缩小，而使油气层的渗透率下降。,润湿反转,表面吸附,3、钻井液滤液与油气层流体不配伍引起的损害,钻井液滤液中所含无机盐离子与地层水中无机离子作用形成不溶于水的盐类，例如含有大量碳酸根、碳酸氢根的滤液遇到高含钙离子的地层水时，形成碳酸钙沉淀。当地层水的矿化度和钙、镁离子浓度超过滤液中处理剂的抗盐和抗钙、镁能力时，处理剂就会盐析而产生沉淀。例如腐植酸钠遇到地层水中钙离子，就会形成腐植酸钙沉淀。,无机盐沉淀,形成处理剂不溶物,3、钻井液滤液与油气层流体不配伍引起的损害,钻井液滤液渗入润湿的油气层孔道后，会把储层中原有的油推向储层深部，并在油水界面形成一个凹向油相

8、的弯液面，而产生一个指向油相的毛管压力。若储层的压力不足以克服这一附加的毛管压力和流体流动的摩擦阻力，就不能把水段塞驱开，而造成渗透率损害。实际上，由于储层的孔道大小分布很广，总有一些孔道可以驱开，驱开的大孔道中水膜也可能增厚，最终导致储层含水饱和度增加，油相渗透率降低，对储层产生损害。由于毛管压力与孔道半径成反比，所以，对于小孔道低渗储层，产生的毛管压力较大，易产生水锁损害；对于大孔道高渗高压储层，产生的毛管压力较小，地层驱替压力较大，水锁引起的损害较低。,发生水锁损害,3、钻井液滤液与油气层流体不配伍引起的损害,特别是使用油基钻井液、油包水钻井液、水包油钻井液时，含有多种乳化剂的滤液与地层

9、中的原油或水发生乳化，可造成孔道堵塞。滤液中所含的细菌进入油气层，如油气层环境适合其繁殖生长，就有可能造成喉道堵塞。,形成乳化堵塞,细菌堵塞,4、油相渗透率变化引起的损害,钻井液滤液进入油气层，改变了井壁附近地带的油气水分布，导致油相渗透率下降，增加油流阻力。5、负压差急剧造成油气层损害中途测试或负压差钻井时，如果选用的负压差过大，可诱发油气层速敏，引起油气层出砂及微粒运移，此外，还会诱发地层中原油组分形成有机垢和产生应力敏感损害。,二、钻井过程中影响油气层损害程度的工程因素,钻井压差和压力波动 储层裸眼浸泡时间环空返速钻井液性能,1、钻井压差和压力波动,压差是造成油气层损害的主要因素之一，与

10、压差密切相关的是钻井液密度。通常钻井液的滤失量随压差的增大而增加，因而钻井液滤液进入油气层的深度也随压差的增加而增大（图1）。此外，当钻井液有效液柱压力超过地层破裂压力或钻井液在油气层裂缝中的流动遇阻时，钻井液就可能漏失到油气层深部，加剧对油气层的损害。负压差可以阻止钻井液滤液进入油气层，减少对油气损害，但过高的负压差会引起油气层出砂和有机垢的形成，反而会对油气层产生损害。另外，起钻时的抽吸效应及下钻时的锤击效应引起的压力波动也会损害油气层。快速起钻时的抽吸效应会降低钻井液的液柱压力，破坏泥饼或已形成的桥堵；而下钻时的锤击效应则使钻井液液柱压力增大，促使钻井液滤液侵入地层.,图1不同压差钻井液

11、对深部气层侵入深度浸泡时间关系曲线,2、储层裸眼浸泡时间,当油气层被钻开时，钻井液固相或滤液在正压差作用下进入油气层，当泥饼形成后，固相侵入基本不再随时间变化，但滤液侵入量随着时间的增加而增加，滤液侵入深度增大；对储层的渗透率损害程度也增大。,图2岩心渗透率恢复值与浸泡时间的关系压差5Mpa;温度80oC;钻井液循环线速0.8m/s,3、环空返速,环空返速越大，形成稳定泥饼的时间越长，固相颗粒进入储层的机会越多，钻井液对井壁泥饼的冲蚀越严重，钻井液的动滤失量随着环空返速的增高而增加，钻井液固相和滤液对油气层侵入深度和损害程度也随之增加。此外，钻井液当量密度随环空返速增高而增加，因而钻井液对油气

12、层的压差随之增高，损害加剧。,图3钻井液环空返速对损害深度的影响,4、钻井液性能,钻井液性能好坏与油气层损害程度紧密相关，钻井液的固相和液相进入油气层的深度及损害程度均随钻井液滤失量的增大和泥饼质量变差而增加（图4）。钻井过程中起下钻、开泵所产生的激动压力随钻井液的塑性粘度和切力增大而增加。此外，井壁坍塌压力随钻井液抑制能力的减弱而增加，维持井壁稳定所需钻井液的密度就要随之增高，若坍塌层与油气层在同一个裸眼井段，且坍塌压力又高于油气层压力，则钻井液液柱压力与油气层孔隙压力之差随之增高，就有可能使损害加重。,图4不同滤失量钻井液对深部气层侵入深度浸泡时间关系曲线,三、保护油气层的钻井液技术,钻开

13、油气层钻井液不仅要满足安全、快速、优质、高效的钻井施工需要，而且要满足保护油气层的技术要求。通过多年的研究，可归纳以下几个方面：钻井液密度可调，满足不同压力油气层近平衡钻井的需要。降低钻井液中固相颗粒对油气层的损害。钻井液中除保持必须的膨润土、加重剂、暂堵剂外，应尽可能降低钻井液中膨润土和无用固相的含量。依据所钻油气层的孔喉直径，选择匹配的固相颗粒尺寸大小、级配和数量，用以减少固相侵入油气层的数量与深度。此外，还可以根据油气层特性选用暂堵剂，在油井投产时再进行解堵。,保护油气层对钻井液的要求,三、保护油气层的钻井液技术,对于中、强水敏性油气层应采用不引起粘土水化膨胀的强抑制性钻井液。例如氯化钾

14、钻井液、钾胺基聚合物钻井液、两性离子聚合物钻井液、阳离子聚合物钻井液、正电胶钻井液、油基钻井液和油包水钻井液等。对于盐敏性油气层，钻井液的矿化度应控制在两个临界矿化度之间。对于碱敏性油气层，钻井液PH值应尽可能控制在78；如需调控PH值，最好不用烧碱作为碱度控制剂，可用其它种类的、对油气层损害程度低的碱度控制剂。对于非酸敏性油气层，可选用酸溶处理剂或暂堵剂。对于速敏性油气层，应尽量降低压差和严防井漏。采用油基或油包水钻井液、水包油钻井液时，最好选用非离子型乳化剂，以免发生润湿反转等。,保护油气层对钻井液的要求,钻井液必须与油气层岩石相配伍,三、保护油气层的钻井液技术,确定钻井液配方时，应考虑以

15、下因素：滤液中所含的无机离子和处理剂不与地层中流体发生沉淀反应；滤液与地层中流体不发生乳化堵塞作用；滤液表面张力低，以防发生水锁作用；滤液中所含细菌在油气层所处环境中不会繁殖生长。所用各种处理剂对油气层渗透率影响小。尽可能降低钻井液处于各种状况下的滤失量及泥饼渗透性，改变流变性。降低当量钻井液密度和起下管柱或开泵时激动压力。此外，钻井液的组分还必须有效地控制处于多套压力层系裸眼井段中的油气层可能发生的损害。,钻井液滤液必须与油气层中流体相配伍,钻井液的组分与性能都能满足保护油气层的需要,保护油气层对钻井液的要求,三、保护油气层的钻井液技术,水基钻井液无固相清洁盐水钻井液低膨润土聚合物钻井液 水

16、包油钻井液无膨润土暂堵型聚合物钻井液 改性钻井液正电胶钻井液油基钻井液气体类流体（或钻井液）,保护油气层的钻井液体系,三、保护油气层的钻井液技术,由于水基钻井液具有成本低，配置处理维护较简单，处理剂来源广、可供选择的类型、性能容易控制等优点，因此是国内外钻开油气层常用的钻井液体系。,保护油气层的钻井液体系,三、保护油气层的钻井液技术,无固相清洁盐水钻井液不含膨胀土和其它人为加入的固相，其密度靠加入不同数量和不同种类的可溶性盐进行调节，其密度可在1.02.3g/cm3范围内，通过加入对油气层无损害（或低损害）的聚合物来控制其滤失量和粘度；为了防腐，还应加入对油气层不发生损害或损害程度低的缓蚀剂。

17、大庆油田近期研制出一种甲酸盐钻井液属于这种钻井液体系，并在海拉尔油田进行了现场试验。其中，有3口井钻井液密度控制在1.13 g/cm3以下，1口井钻井液密度控制在1.20g/cm3以下，取得了较好的效果。该钻井液由于其不含膨润土和其它人为加入的固相，并具有较高的矿化度下强的抑制性，可以大大降低固相堵塞损害和水敏损害，并实现了保证井壁稳定下钻井液的低密度，减小了钻井压差，保护储层效果较好。,无固相清洁盐水钻井液,三、保护油气层的钻井液技术,2000年在芳148区块开发井应用了3口井，2001年在州5区块应用了13口井，从目前已投产的16口井对比（甲酸盐钻井液9口，常规水基钻井液7口），使用甲酸盐

18、钻井液的井平均日产量和平均采油强度均明显高于使用常规水基钻井液的井。目前正在推广使用。但无固相清洁钻井液具有成本高、工艺复杂、对处理剂要求苛刻、固控设备要求严格、腐蚀较严重和易发生漏失等问题。,无固相清洁盐水钻井液,三、保护油气层的钻井液技术,膨润土对油气层会带来危害，但它能给钻井液提供所必须的流变性和低的滤失量，并可减少钻井液所需处理剂加量，降低钻井成本。大庆油田在达深1井推出了一种新型的钻井液硅酸盐钻井液。该钻井液的特点就是低膨润土含量，强抑制性，即可减轻对油气层的水敏损害又可实现井壁稳定条件下的钻井液低密度（1.12-1.15 g/cm3），减小了钻井压差，有效地保护了油气储层。,低膨润

19、土聚合物钻井液,三、保护油气层的钻井液技术,水包油钻井液是将一定量油分散于水或不同矿化度盐水中，形成以水为连续相，油为分散相的无固相水包油钻井液。其组分除油和水外，还有水相增粘剂，主、辅乳化剂。其密度可通过调节油水比和加入不同数量和不同种类的可溶性盐来调节，最低密度可达0.89g/cm3。水包油钻井液滤失量和流变性性能可通过在油相或水相中加入各种低损害的处理剂来调节。此种钻井液特别适用于技术套管下至油气层顶部的低压、裂缝发育、易发生漏失的油气层。此种钻井液已成功地用于辽河静北古潜山油藏，新疆火烧山和夏子街油田。2000-2001年，在大庆油田的2口欠平衡井和4口近平衡井。,水包油钻井液,三、保

20、护油气层的钻井液技术,欠平衡井密度控制在0.90-0.93 g/cm3，近平衡井密度控制在0.95-1.0 g/cm3。在卫深5井获得了日产18万方的高产气流，葡333井和敖106井压裂后的产液量分别是13.5方和5.4方，而同期所钻邻井葡332井和敖107井压裂后的产液量分别是2.37方和0.41方，说明使用水包油钻井液实施的欠平衡和近平衡钻井保护油气层见到了明显的效果。,水包油钻井液,三、保护油气层的钻井液技术,此种钻井液由水相、聚合物和暂堵剂固相粒子组成。其密度依据油气层孔隙压力，采用了不同种类和加量的可溶性盐来调节（但需注意不要诱发盐敏）。其流变性能通过加入低损害聚合物和高价金属离子来

21、调控，滤失量可通过加入各种与油气层孔喉直径相匹配的暂堵剂来控制，这些暂堵剂在油气层中形成内泥，减少无用固相的含量。我国现有的暂堵剂按其可溶性和作用原理可分为四类：,无膨润土暂堵型聚合物钻井液,三、保护油气层的钻井液技术,常用的有细目或超细目碳酸钙、硫酸铁等能溶于酸的固相颗粒。油井投产时，可通过酸化消除油气层井壁内、外泥饼而解除这种固相堵塞。此类暂堵剂不宜用于酸敏油气层。常用有细目或超细目氯化钠和硼酸盐等。它仅适用于加有盐抑制剂与缓蚀剂的饱和盐水体系。所用饱和盐水要根据所配体系的密度大小加以选择。例如，低密度体系用硼酸盐饱和盐水或其它低密度盐水作基液，体系密度为1.031.20g/cm3，氯化钠

22、盐粒加入到密度为1.20g/cm3饱和盐水，其密度范围为1.21.56g/cm3。选用高密度体系时，需选用氟化钙、溴化钙和溴化锌饱和盐水，然后再加入氯化钙盐粒，密度可达1.52.3/cm3。此类暂堵剂可在油井投产时，用低矿化度水溶解各种盐粒解堵。,酸溶性暂堵剂,水溶性暂堵剂,三、保护油气层的钻井液技术,常用的油溶性树脂，按其作用可分为两类：一类是脆性油溶性树脂，它主要用作架桥粒子。这类树脂有油溶性聚苯乙烯，在邻位或对位上有烷基取代的酚醛树脂、二聚松香酸等。另一类是可塑性油溶性树脂，它的微粒在压差下可以变形，在使用中作为填充粒子。这类树脂有油溶性聚苯乙烯，在邻位或对位上有烷基取代的酚醛树脂、二聚

23、松香酸等。这类油溶性树脂有乙烯醋酸乙烯树脂，乙烯丙烯酸脂等。此类暂堵剂可由地层中产出的原油或凝析油溶解而解堵，也可注入柴油或亲油的表面活性剂加以溶解而解堵。,油溶性暂堵剂,三、保护油气层的钻井液技术,常用改性纤维素或各种粉碎为极细的改性果壳、改性木屑等。此类暂堵剂在压差作用下进入油气层，以其与油气层孔喉直径相匹配的颗粒堵塞孔喉。当油气井投产时，油气层压力大于井内液柱压力，在反方向压差作用下，将单向压力暂堵剂从孔喉中推进，实现解堵。上述各种暂堵型钻井液通常只宜使用在技术套管下至油气层顶部，而且油气层为单一压力系统的井。此种钻井液尽管有许多优点，但成本高，使用条件较苛刻，故在实际钻井过程中使用不多

24、。我国辽河油田稠油先期防砂井、古潜山裂缝性油田和中原与长庆低压低渗油田所钻的井上使用过此类钻井液。,单向压力暂堵剂,三、保护油气层的钻井液技术,我国大部分均采用长段裸眼钻开油气层，技术套管没能封隔油气层以上地层。为了减少对油气层的损害，在钻开油气层之前，对钻井液进行改性，使其与油气层特性相匹配，不诱发或少诱发油气层潜在损害因素。其改性途径为：降低钻井液中膨润土和无用固相含量，调节固相颗粒级配。按照所钻油气层特性调整钻井液配方，尽可能提高钻井液与油气层岩石和流体的配伍性。选用合适类型的暂堵剂及加量。降低静、动、HTHP滤失量，改善流变性与泥饼质量。此种钻井液在国内外广泛被用作钻井油气层，因为它的

25、成本低，应用工艺简单，对井身结构和钻井工艺没有特殊要求，对油气层损害程度较低。华北油田在岔12与39断块、宁5020与5029区块、路30井上使用改性钻井液，完井后测试结果表明属于轻微损害。,改性钻井液,三、保护油气层的钻井液技术,正电胶在水中带正电荷，能与带负电的粘土颗粒形成稳定的胶体悬浮体，能抑制粘土水化，因而能起到稳定井壁和减轻储层水敏损害的作用。基于这一理论，人们研制了正电胶钻井液体系。该体系在大庆油田宋深3、肇深6、朝深6三口井进行了现场试验。宋深3井获低产气流；肇深6井已见可燃性气流；朝深6井试气见少量气，有望获较高产能。可见，该体系对保护储层具有一定的效果。,正电胶钻井液,三、保

26、护油气层的钻井液技术,油基钻井液包括油包水钻井液。该类钻井液以油为连续相，其滤流为油，能有效地避免油层的水敏作用，对油气层损害程度低，并具备钻井工程对钻井液所要求的各项性能，是一种较好的钻井液。但由于成本高，对环境易发生污染，容易发生火灾等原因，使其在我国现场使用受到限制。油基钻井液对油气层仍然可能发生以下几方面损害：使油层润湿反转，降低油相渗透率；与地层水形成乳状液堵塞油层；油气层中亲油固相颗粒运移和油基钻井液中固相颗粒侵入等。因而在使用油基钻井液时，应通过优选组分来降低上述损害。,油基钻井液,三、保护油气层的钻井液技术,对于低压裂缝油气田、稠油油田、低压强水敏或易发生严重井漏的油气田及枯竭

27、油气田，其油气层压力系数往往低于0.8，为了降低压差的损害，需实现近平衡压力钻井或负压差钻井。但上述两大类钻井液密度均难以满足要求。气体流体以气体为主要组分来实现低密度。该类流体可分为四种。,气体钻井液,三、保护油气层的钻井液技术,空气流体是由空气或天然气、防腐剂、干燥剂等组成的循环流体。由于空气最低，常用来钻已下过技术套管的下部漏失地层，强敏感性油气层和低压油气层。此种流体密度低、无固相和液相，从而减少对油气层的损害。但该类流体的使用，受到井壁稳定、地层出水、井深等问题的限制。雾是由空气、发泡剂、防腐剂和少量水混合组合的流体，是空气钻井中的一种过渡性工艺。即当钻遇地层流体进入井中（其流量小于

28、23.85m3/小时）而不能再继续采用空气作为循环流体钻进时，可向井内注入少量发泡液，使返出岩屑、空气和流体呈雾状，其压力低，对油气层损害程度低。但它亦与空气一样，使用范围受到限制。,空气,雾,三、保护油气层的钻井液技术,泡沫流体是由空气（或氮气或天然气等）、淡水或咸水、发泡剂和稳泡剂等组成的密集细小气泡，气泡外表为强度较大的液膜包围而成的一种气水型分散体系。它在较低速度梯度下有较高的表观粘度，因而具有较好携屑能力。使用泡沫流体钻井，机械钻速高，油气层浸泡时间短，泡沫流体无固相，密度低（常压下为0.0320.065g/cm3）,因而对油气层损害程度低。适用于低压易发生漏失且井壁稳定的油气层。我

29、国新疆、长庆等油田均已成功地使用此类流体。长庆油田在青1井首次在32053232m井段使用泡沫流体取心。但泡沫流体的使用受到许多条件的限制而没有推广应用。,泡沫流体,三、保护油气层的钻井液技术,充气钻井液以气体为分散相、液相为连续相，并加入稳定剂使之成为气液混合均匀而稳定的体系，用来进行充气钻井。此种钻井液经过地面除气器后，气体从充气钻井液中脱出，液相再进入钻井泵继续循环。充气钻井液密度低，最低可达0.6g/cm3，携砂能力好，可用来钻进低压易发生漏失的油气层，实现近平衡压力钻井，减少压差对油气层的损害。辽河油田与新疆石油管理局分别在高升和火烧山使用充气钻井液钻井，见到较好效果。充气钻井因成本

30、高、工艺复杂，故目前仅在少数特殊情况下使用。,充气钻井液,四、保护油气层的钻井工艺技术,在钻井过程中，针对钻井工艺技术措施中影响油气层损害因素，要以采取降低压差或采取负压差，实现近平衡压力钻井或欠平衡钻井，减少钻井液浸泡时间，优选环空返速，防止井喷井漏等措施来减少对油气层的损害。采取近平衡或欠平衡压力钻井降低油气层裸眼浸泡时间搞好井控、防止井喷、井漏对油气层的损害,工艺技术,四、保护油气层的钻井工艺技术,建立四个压力剖面，为井身结构和钻井液密度设计提供科学依据。地层孔隙压力、破裂压力、地应力和坍塌压力是钻井工程设计和施工的基础参数，依据上述四个压力才可能进行合理的井身结构设计，确定出合理的钻井

31、液密度，实现近平衡或欠平衡压力钻井，从而减少压差对油气层所产生的损害。采取适当的钻井工艺措施，在安全钻井的基础上实现近平衡或欠平衡钻井。在合理地设计钻井液密度的基础上，钻进时努力改善钻井液流变性和优选环空返速，降低环空流动阻力和钻屑浓度，起下钻时，调整钻井液触变性，控制起下钻速度，降低抽吸效应和锤击效应。,采取近平衡或欠平衡压力钻井,四、保护油气层的钻井工艺技术,确定合理井身结构。我国大部分油气田属于多压力层系地层，只有将油气层上部的不同孔隙压力或破裂压力地层用套管封隔，才能采用近平衡或欠平衡压力钻开油气层。如果不采用技术套管封隔，裸眼井段仍处于多压力层系。当下部油气层压力大大低于上部地层孔隙

32、压力或坍塌压力时，如果用依据下部油气层压力系数确定的钻井液密度来钻开上部地层，则钻井中可能出现井喷、坍塌、卡钻等井下复杂情况，使钻井作业无法进行；如果依据上部裸眼最高孔隙压力或坍塌压力来确定钻井液密度，尽管上部地层钻井工作进展顺利，但钻至下部低压油气层时，就可能因压差过高而发生卡钻、井漏等事故，并且因高压差而给油气层造成严重损害。综上所述，选用合理的井身结构是实现近平衡或欠平衡钻进油气层的前提。,采取近平衡或欠平衡压力钻井,四、保护油气层的钻井工艺技术,钻井过程中，油气层浸泡时间从钻开油气层开始直至固井结束，包括纯钻井时间、起下钻接单根时间、处理事故与井下复杂情况时间、辅助工作与非生产时间、完

33、井电测、下套管及固井时间。为了缩短浸泡时间，减少对油气层的损害，可从以下方面着手。,降低油气层裸眼浸泡时间,四、保护油气层的钻井工艺技术,采用优选参数钻井，并依据地层岩石可钻性选用合适类型的牙轮钻头或PDC钻头及喷咀，提高机械钻速。采用与地层特性相匹配的钻井液，加强钻井工艺技术措施及井控工作，防止井喷、井漏、卡钻、坍塌等井下复杂情况或事故的发生。提高测井一次成功率，缩短完井时间。加强管理，降低机修、组停、辅助工作和其它非生产时间。,降低油气层裸眼浸泡时间,四、保护油气层的钻井工艺技术,钻井过程中一旦发生井喷就会诱发出大量油气层潜在损害因素，如因微粒运移产生速敏损害、有机垢或无机垢堵塞，应力敏感

34、损害、油气水分布发生变化而引起相渗透率下降等，使油气层遭受严重损害。如压井措施不妥更加剧损害程度。因而钻井过程应严格执行中国石油天然气总公司颁发的“石油与天然气钻井井控技术规定”，搞好井控工作。钻进油气层过程中，一旦发生井漏，大量钻井液进入油气层，造成固相堵塞，其液相与岩石或流体作用，诱发潜在损害因素。因而钻进易发生漏失的油气层时，尽可能采用较低密度的钻井液保持近平衡或欠平衡钻进。亦可预先在钻井液中加入能解堵的各种暂堵剂和堵漏剂来防漏。一旦发生漏失，尽量采用在完井投产时能用物理或化学解堵的堵漏剂进行堵漏。,搞好井控、防止井喷、井漏对油气层的损害,钻井液测试程序,本标准规定了钻井液的测试方法及钻

35、井液测量仪器的现场校验方法。本标准适用于钻井液在实验室和井场的性能测试。,适用条件,测试项目,密度测定;漏斗粘度测定;失水量测定;固相含量测定;流变性测定 PH值测定,密度测定;漏斗粘度测定;失水量测定;固相含量测定;流变性测定 PH值测定,钻井液测试程序,密度测定,符号及单位:以表示，单位为g/cm3。,仪器:密度计：灵敏度为0.01 g/cm3，主要部件：带刻度臂梁、刀口、样品杯、杯盖、平衡圆柱、游码、底座、刀垫等；温度计：量程为0100C，分度值为1C；量杯：1000mL。,钻井液测试程序,密度测定,试验步骤,将密度计底座放置在水平面上。用用量杯量取钻井液，测量并记录钻井液温度。在密度计

36、的量杯中注满钻井液，盖上杯盖，慢慢拧动压紧，为使样品杯中无气泡，必须使过量的钻井液从杯盖的小孔中流出。用手指压住杯盖小孔，用清水冲洗，并擦干样品杯外部。把密度计的刀口放在刀垫上，移动游码，直到平衡(平衡时水平泡位于中央)。记录读值。倒掉钻井液，将仪器洗净，擦干以备用。,钻井液测试程序,密度测定,校验步骤,将底座放置在水平面上。用淡水注满洁净、干燥的样品杯。盖上杯盖并擦干样品杯外部。把密度计的刀口放在刀垫上，将游码左侧边线对准刻度1.00g/cm3处,观察密度计是否平衡(平衡时水平泡位于中央)。如不平衡，在平衡圆柱内加上或取下一些铅粒，使之平衡。,钻井液测试程序,粘度测定,符号及单位:以FV表示

37、，单位为s;,仪器:马氏漏斗：圆锥形漏斗长305mm，上口直径152mm，筛网下容量1500mL，金属或塑料制成；流出口长50.8mm，内径4.7mm，筛网孔径1.6mm，高度19.0mm；刻度杯：1000 mL或946 mL（现场常用的为946 mL），金属或塑料制成；秒表：灵敏度为0.1s；温度计：量程为0100C，分度值为1C。,钻井液测试程序,粘度测定,试验步骤,用手堵住流出口，将新取的钻井液倒入洁净、干燥并垂直向上的漏斗中，直到刚好注满筛子底部为止，把刻度杯置于流出口下。移去手指并同时记时，记录注满1000mL刻度杯或946mL刻度杯的时间（单位：s）测量并记录钻井液温度。,钻井液测

38、试程序,粘度测定,校准步骤,用手堵住流出口，将淡水倒入洁净、干燥并垂直向上的漏斗中，直到刚好注满筛子底部为止，把刻度杯置于流出口下。移去手指并同时记时，记录注满1000mL刻度杯或946mL刻度杯的时间（单位：s）测量并记录淡水温度，在243C下注满1000mL刻度杯的时间应为280.5s；注满946mL刻度杯的时间应为260.5s。,钻井液测试程序,失水量测定,钻井液滤失量的大小是衡量钻井液体质量好坏的标准之一，滤失量的大小关系到钻井液体系的防塌性能和油气层程度。钻井液滤失量的规范测量，是实现钻井液滤失量有效控制的必要条件。,钻井液测试程序,失水量测定,压滤器，容器为300-400ml，直径

39、76.2mm，高度大于64.0mm，过滤面积458060mm2的耐腐蚀材料制造；滤纸：Whatman No50型或相当的产品。秒表：灵敏度为0.1s；刻度量筒：容量10-25ml，分度值为0.2ml。钢板尺：刻度1mm。,室温中压滤失量,仪器,钻井液测试程序,失水量测定,试验步骤,在洁净、干燥的压滤器内放一张干燥的滤纸，并装配好。将以用高速搅拌器搅拌1分钟后的钻井液倒入压滤器中，使钻井液液面距顶部约1厘米，盖好并把刻度量筒放在滤失仪流出口下面。迅速加压并计时，所加压力为69035kPa（8.610.34atm），压力源可用氮气、二氧化碳气体或压缩空气，禁用氧气。当滤出时间到30分钟时，将滤失仪

40、流出口上的残留液滴收集到量筒中，移去量筒，读取并纪录所收集的滤液的体积（ml），同时测定并记录钻井液的温度。并关闭压力源，放掉压滤器中的压力，取下压滤器，小心取出滤纸，用水冲洗泥饼表面上的钻井液及浮泥，用钢板尺测量并记录滤饼的厚度（以mm为单位），观察饼记录滤饼的质量好坏。冲洗并擦净压滤器。,室温中压滤失量,钻井液测试程序,失水量测定,加热系统及压滤器套：压滤器套容积为300-400ml，过滤面积225860mm2，高度113mm、能承受7092kPa（atm）压力的耐腐蚀材料制造；滤液接收器，能承受3546kPa（35atm）压力；压力源，氮气或二氧化碳气体，可供压力为70-100atm。过

41、滤介质：Whatman No50型或相当的产品。如测试温度在200以上，需用Dynalloy X-5（不锈钢多孔圆盘）或相当的多孔圆盘，每次试验需要使用新的多孔圆盘。秒表：灵敏度为0.1s；刻度量筒：容量10-25ml，分度值为0.2ml。钢板尺：刻度1mm。高速搅拌器：在负载情况下转速为11000300r/min，搅拌器装有单个波形叶片，叶片直径为2.5厘米，质量为5.5克；带有搅拌杯，其高为18厘米，上端直径为9.7厘米，下端直径为7.0厘米，用不锈钢或耐腐蚀材料制造。,高温高压滤失量,仪器,150以下的高温高压滤失水量测定程序,把金属温度计插入加热套的温度计插孔中，接通电源，预热至略高于

42、所需温度（高5-6）。将待测钻井液用高速搅拌器搅拌10min后，倒入压滤器中，使液面距杯顶部约13mm，放好滤纸，盖好杯盖，固定螺丝。将上下两个阀杆关紧，装进加热套中，把另一支金属温度计插入压滤器的插孔中。连接气瓶管线，顶部和底部压力调节至690kPa（6.81atm）,打开顶部阀杆，继续加热，至所需温度（样品加热时间不超过1小时）。待温度恒定后，将顶部压力调节至4140kPa（40.86atm），打开底部阀杆的同时记时。收集30分钟滤出液。在整个试验过程中温度应在所需温度的3以内。如底部压力（滤液接收器内压力）超过690kPa（6.81atm），则小心放出一部分滤液以降低压力至690kPa（

43、6.81atm），记录30min收集滤液的总体积（ml）、压力（kPa或atm）、温度和时间。将所得结果乘以2，即得到高温高压滤失量。试验结束后，关紧顶部和底部阀杆，关闭气源、电源、取下压滤器，并使之保持直立的状态冷却到室温。放掉压滤器内的压力，小心取出滤纸，用水冲洗滤饼表面上的钻井液及浮泥，用钢板尺测量并记录滤饼的厚度（以mm为单位），观察饼记录滤饼的质量好坏。冲洗并擦净压滤器。,150以上的高温高压滤失水量测定程序,把金属温度计插入加热套的温度计插孔中，接通电源，预热至略高于所需温度（高5-6）。将待测钻井液用高速搅拌器搅拌10min后，倒入压滤器中，使液面距杯顶部约38mm，放好滤纸，盖

44、好杯盖，固定螺丝。测定温度在200以上时，滤纸下面应垫上Dynalloy X-5（不锈钢多孔圆盘）或相当的多孔圆盘。将上下两个阀杆关紧，装进加热套中，把另一支金属温度计插入压滤器的插孔中。连接气瓶管线，顶部和底部压力调节至690kPa（6.81atm），打开顶部阀杆，继续加热，至所需温度（样品加热时间不超过1小时）。待温度恒定后，将顶部压力调节至4140kPa（6.81atm），打开底部阀杆的同时记时。收集30分钟滤出液。在整个试验过程中温度应在所需温度的3以内。如底部压力（滤液接收器内压力）超过690kPa（6.81atm），则小心放出一部分滤液以降低压力至690kPa（6.81atm），记

45、录30min收集滤液的总体积（ml）、压力（kPa或atm）、温度和时间。底部回压及顶部压力应根据所需温度定。顶部和底部压差仍为3450kPa（34.05atm）。将所得结果乘以2，即得到高温高压滤失量。试验结束后，关紧顶部和底部阀杆，关闭气源、电源、取下压滤器，并使之保持直立的状态冷却到室温。放掉压滤器内的压力，小心取出滤纸，用水冲洗滤饼表面上的钻井液及浮泥，用钢板尺测量并记录滤饼的厚度（以mm为单位），观察饼记录滤饼的质量好坏。冲洗并擦净压滤器。,钻井液测试程序,固相含量测定,钻井液固相含量的大小，关系到体系的性质，反映了钻井液中固相的分散程度，反映了钻井液体系的抑制性性能。固相含量的高低

46、直接影响到钻井液的流变性能的好坏。,钻井液测试程序,固相含量测定,钻井液测试程序,固相含量测定,根据收集到的油水体积和所用钻井液体积，按下式计算出钻井液中油水的体积百分数。,计算,Vw水的体积百分数；Vo油的体积百分数；Vs固相体积百分数。,钻井液测试程序,固相含量测定,为了得到悬浮固相的体积百分数以及在这些悬浮固体内加重材料和低比重固相的相对体积，还需要进行一些附加计算。,计算,钻井液测试程序,固相含量测定,低密度固相，加重材料及悬浮固相浓度的计算：,计算,Clg低比重固相的浓度，g/cm3；Cb加重材料的浓度，g/cm3；Css悬浮固相的浓度，g/cm3；,钻井液测试程序,PH值测定,钻井

47、液的PH值既是钻井液的酸碱值，表示钻井液的酸碱性的强弱，PH值对钻井液性能有很大的影响，钻井液中的粘土颗粒在碱性介质中，因负电荷较多，阳离子交换容量较大，因此较稳定，其次有些钻井液处理剂需要在碱性溶液中才能起作用；但PH过高或过低，都存在不良的影响，因此应重视PH测量和控制。,钻井液测试程序,PH值测定,取一条约2.5cm长的PH试纸缓慢地放在待测样品表面。使滤液充分浸透滤纸并使之变色（不能超过30秒）。将变色后的试纸和色标进行比较，读取并记录PH值。如果试纸颜色不好对比，则取较接近的精密PH试纸重复以上试验。这种方法只适用于一般的水基钻井液的PH值测定。用PH试纸通常可读到0.5PH单位，用

48、精密PH试纸可读到0.2PH单位。如要精确测量，建议使用酸度计。,用PH试纸测定PH值,测试步骤,钻井液测试程序,钻井液流变性测定,在钻井过程中，钻井液的流动性直接影响着钻井的全过程，影响着井盐的规则和能否在最短的时间内和安全的条件下完钻，其关系到井眼的净化与井眼的冲蚀问题、钻屑的悬浮问题、水力学计算问题和利用力学关系来评价分析钻井液处理。,钻井液测试程序,将待测钻井液倒入样品杯后放置在仪器的样品杯托架上，调节高度时钻井液的液面正好在转筒的测量线处。在实验室，钻井液在测定前应用高速搅拌器搅拌5min，测定温度应在243（或所需温度范围之内）；在井场，测定应在取样后尽可能短（5min之内）的时间

49、内进行，测定温度应与取样位置的钻井液温度接近（温度差值不应超过6）,并在报告中注明取样位置、钻井液温度。将粘度计的转速调至600r/min，待读值稳定后读取并记录。将粘度计的转速调至300r/min，待读值稳定后读取并记录。同样方法读取并记录200r/min、100r/min、6r/min、3r/min的读值。在600r/min下搅拌10s，静止10s后在3r/min下读取并记录最大读值，再在600r/min下搅拌10s，静止10min后在3r/min下读取并记录最大读值。,测试步骤,钻井液流变性测定,钻井液测试程序,计算,600600r/min的读值；300300r/min的读值；3，I静置10s后3r/min的读值；3，F静置10min后3r/min的读值。,钻井液流变性测定,动切力,表观粘度,终切,塑性粘度,初切,钻井监督应该不定期的对钻井施工进行监督和检测，对现场发现的不合格项（特别是钻井液方面）进行及时的整改，确保优质、快速、安全的进行钻井施工作业，实现科学钻井。,科学钻井 科学监督,结 束,